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Wenn Ihr Morgen nicht ohne Kaffee beginnen kann, sind Sie nicht allein: Weltweit trinken wir täglich über 2 Milliarden Tassen Kaffee, was jedes Jahr zu 60 Millionen Tonnen nassem, verbrauchtem Kaffeesatz führt.
Nur ein kleiner Teil davon wird wiederverwendet – meist als Bodendünger – und der überwiegende Teil wird verbrannt oder landet auf der Mülldeponie. Dort zersetzt sich Kaffeesatz wie andere organische Verbindungen und setzt Methan frei, ein Treibhausgas, das 25-mal stärker ist als Kohlendioxid beim Einfangen von Wärme.
Laut einer aktuellen Studie könnten Forscher nun Kaffeesatz als Zutat in Beton verwenden und diesen sogar fester machen.
„Wir haben bei einer Tasse Kaffee über diese Idee nachgedacht“, sagt Rajeev Roychand, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der School of Engineering der RMIT University in Melbourne, Australien, der die Studie leitete. „Wir haben den verbrauchten gemahlenen Kaffee unter Ausschluss von Sauerstoff geröstet und so etwas namens Biokohle gewonnen. Als wir es anstelle von Sand dem Beton hinzufügten, steigerte es die Festigkeit des Materials um 30 %.“
Beton besteht aus vier Grundbestandteilen: Wasser, Kies, Sand und Zement. Es ist das am häufigsten verwendete Baumaterial der Welt, und wir verbrauchen 30 Milliarden Tonnen pro Jahr, dreimal so viel wie vor 40 Jahren.
Roychand und sein Team ersetzten Sand teilweise durch Biokohle – ein kohleähnliches Material – das aus Kaffeeabfällen gewonnen wird; Sie erzielten ihr bestes Ergebnis, wenn sie 15 % des Sandes ersetzten und den Boden bei 350 Grad Celsius (662 Grad Fahrenheit) backten. Der resultierende Beton war hinsichtlich der Druckfestigkeit – der Fähigkeit des Materials, einer Belastung standzuhalten – 30 % fester als normaler Beton.
In normalem Beton wird Wasser, der volumenmäßig zweitgrößte Inhaltsstoff, mit der Zeit vom Zement absorbiert, wodurch sich die Menge an Feuchtigkeit verringert, die sich noch im Beton befindet, sagt Roychand. Dieser Trocknungseffekt, auch Desikkation genannt, verursacht Schrumpfung und Rissbildung im Mikromaßstab und schwächt den Beton.
Pflanzenkohle aus Kaffeeabfällen kann diesen natürlichen Prozess reduzieren. Wenn die Pflanzenkohle mit Beton vermischt wird, wirken ihre Partikel laut Roychand wie winzige Wasserreservoirs, die im gesamten Beton verteilt sind. Wenn der Beton aushärtet und zu härten beginnt, gibt die Pflanzenkohle langsam das Wasser ab, wodurch das umgebende Material im Wesentlichen rehydriert wird und die Auswirkungen von Schrumpfung und Rissbildung verringert werden.
„Wir würden diesen Abfall umleiten und in eine wertvolle Ressource umwandeln“, sagt Roychand. „Außerdem herrscht Sandknappheit, und selbst wenn wir einen Teil davon ersetzen, verbessern wir immer noch den Nachhaltigkeitsaspekt, und langsam kommen wir möglicherweise an einen Punkt, an dem ein erheblicher Teil des Sandes durch andere Abfallmaterialien ersetzt werden kann.“ .“
Laut Kypros Pilakoutas, einem Professor für Bauinnovation an der University of Sheffield im Vereinigten Königreich, der nicht an der Arbeit beteiligt war, ist die Studie aus technologischer Sicht faszinierend.
Allerdings hält er es für unwahrscheinlich, dass der auf diese Weise hergestellte Beton jemals eine breite Anwendung in großtechnischen Anwendungen finden wird. „Das Hauptproblem bei Abfällen ist vor allem die Sammlung und Verarbeitung“, sagt er. „Obwohl es großartig wäre, den gesamten Kaffeesatz aus einem ganzen Land zu sammeln, wären die damit verbundenen Kosten beträchtlich und unerschwinglich.“
Er fügt hinzu, dass die Pyrolyse – der Prozess, durch den die Biokohle hergestellt wird – nicht kostenlos ist, und er glaubt, dass es unwahrscheinlich ist, dass hohe Kohlenstoffkonzentrationen im Beton seine langfristige Haltbarkeit verbessern würden.
Roychad weist darauf hin, dass die Abfallsammlung bereits zum Mainstream gehört und dass sich eine Reihe von Unternehmen in Australien auf das Recycling von Kaffeeabfällen konzentrieren. Er fügt hinzu, dass die Kosten der Pyrolyse hauptsächlich mit der Anfangsinvestition zusammenhängen Ausrüstung, und dass Biokohle bei einer viel niedrigeren Temperatur als Zement hergestellt wird – 350 Grad Celsius im Vergleich zu etwa 1.450 Grad Celsius. „Aber uns entgehen andere Vorteile“, argumentiert er, „da die Abfallstoffe, die auf Mülldeponien landen, mit Kosten für ihre Entsorgung verbunden sind.“ Es kann nun in ein hochwertiges Nebenprodukt umgewandelt werden.“
Der Betonbestandteil, der am meisten zum Klimawandel beiträgt, ist Zement – der laut der Denkfabrik Chatham House im Jahr 2021 für 8 % der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich war – und Roychand glaubt, dass eine Erhöhung der Festigkeit des Betons um 30 % eine Reduzierung möglich macht Der Zementgehalt wird um bis zu 10 % gesenkt und so die Klimaauswirkungen verringert.
Er sagt, dass die Entdeckung bereits das Interesse sowohl von Baufirmen als auch von Organisationen geweckt hat, die Kaffeesatz recyceln, und sein Team arbeitet nun mit lokalen Behörden in Australien zusammen, um Felddemonstrationen zu starten.
„Wir werden unter anderem den Beton über einen Zeitraum von sechs Monaten bis zu einem Jahr überwachen“, sagt er. „Dadurch wird sichergestellt, dass die Pflanzenkohle ihre Eigenschaften im Laufe der Zeit behält.“
